Список парамагнитных атомов

Парамагнитные виды есть везде. В правильной обстановке и в должном мрачном тоне эта фраза могла вызывать образы странных инопланетных захватчиков, бесчинствующих по всему миру. Напротив, это базовое утверждение об определенном качестве, присущем четко определенному набору частиц на Земле и вокруг нее, и определенное с использованием объективных и легко определяемых критериев.

Вы, несомненно, использовали магниты в своей жизни, и в большинстве случаев, когда вы работали в нетривиальном магнитном поле, вы не знали об этом. Возможно, вы даже знаете, что определенные материалы действуют как постоянные магниты и что они могут притягивать металлы, даже если эти металлы сами по себе не являются магнитами. Или они?

Так получилось, что мир физики, в частности субдисциплина электромагнетизма, включает в себя множество типов магнетизма. Один из них парамагнетизм, и это свойство часто легко проверить с первого взгляда, потому что парамагнитные материалы притягиваются к приложенному извне магнитному полю. Но как это происходит и вообще откуда берутся магнитные «поля»? Возможность узнать все это и многое другое должно сильно подталкивать вас к продолжению чтения!

В конце 1700-х годов было замечено, что стрелка компаса, которая указывает на север в результате действия магнитного поля Земли, может отклоняться из-за наличия поблизости электрического тока.

Это первое известное свидетельство того, что электричество и магнетизм каким-то образом связаны. Фактически, движущиеся заряды (что является определением электрического тока) создают магнитные поля с «линиями», зависящими от геометрии электрической цепи.

Когда токоведущий провод наматывается или наматывается несколько раз вокруг определенных видов металла, это может вызвать свойство магнетизма в этих металлах, по крайней мере, пока ток применяемый. Некоторые из них используются в таких местах, как склады металлолома, и обладают достаточной мощностью, чтобы поднимать целые автомобили.

Взаимодействие электрического тока и магнитных полей - это предмет, который может заполнить и заполняет целые учебники, но пока вы должны знать, что причина в некоторых материалах реагируют на магнитные поля иначе, чем другие, связаны со свойствами электронов в самой высокой («самой внешней») энергетической оболочке атомов в этих материалы.

Если твердое вещество помещено в приложенное магнитное поле, можно ожидать, что поведение молекул в этом веществе будет в некоторой степени зависеть от состояния материала. Это газ, в котором молекулы движутся довольно свободно, и жидкость, в котором молекулы остаются вместе, но могут свободно скользить мимо друг друга, может вести себя иначе, чем твердое тело, молекулы которого заблокированы на месте, обычно в структуре типа решетки.

Если вы изобразите основную кристаллическую структуру твердого тела (а природа этого повторяющегося узора может варьироваться от вещества к веществу), вы можете представить себе ядра атомов. находясь в центрах кубов, с электронами, занимающими промежутки между ними, свободными колебаться и, в случае металлических твердых тел, свободно перемещаться, не привязанные к своим родительским элементам. ядра.

Когда электроны твердого тела превращают вещество в постоянный магнит или в магнит, который можно превратить в такой магнит, вещество называется ферромагнитный (от латинского железо имеется ввиду железо). Помимо железа ферромагнитными являются элементы кобальт, никель и гадолиний.

Однако большинство веществ проявляют другие реакции на магнитные поля, что делает большинство атомов парамагнитными или диамагнитными. Эти свойства могут быть обнаружены в разной степени в одних и тех же материалах, и такие факторы, как температура, могут влиять на реакцию материала на приложенные магнитные поля.

Рассмотрим трех разных друзей, которых вы выбрали в качестве кандидатов для тестирования вашего нового научного игрового приложения.

Одна из них только реагирует на ваше желание попробовать, становясь более устойчивой, чем она была вначале, к игре. Второй соглашается установить приложение и играть, но быстро прекращает играть и удаляет приложение каждый раз, когда вы оставляете его в покое, только для того, чтобы переустановить его и продолжать играть всякий раз, когда вы снова появляетесь; и третий друг сразу же увлекается приложением и никогда перестает его использовать.

Это примерно то, как три вида магнетизма, о которых вы, скорее всего, услышите на корпоративной вечеринке, взаимодействуют друг с другом. Хотя уже описанный ферромагнетизм - это состояние постоянного магнетизма, как это происходит и каковы альтернативы?

Как оказалось, есть четыре хорошо изученных альтернативы ферромагнетизму. Парамагнетизм, опять же, является свойством притяжения к магнитному полю и применяется к широкому спектру металлов, включая большинство современных холодильников. Диамагнетизм - это противоположность, тенденция отталкиваться магнитным полем. Все материалы обладают некоторой степенью диамагнетизма. В обоих случаях, что критически важно, материал возвращается в свое предыдущее состояние, когда поле удаляется.

• Говоря вслух, «ферромагнетизм» и «парамагнетизм» звучат очень похоже, поэтому будьте осторожны при обсуждении этих тем в своей группе по изучению физики.

Ферримагнетизм а также антиферромагнетизм реже встречаются типы магнетизма. Ферримагнетики ведут себя так же, как ферромагнетики, и включают якобит и магнетит. Гематит и троилит - два соединения, которые демонстрируют антиферромагнетизм, при котором магнитный момент не генерируется.

Парамагнитные элементы и парамагнитные молекулы имеют одну общую черту: неспаренные электроны. Чем их больше, тем больше вероятность парамагнетизма у атома или молекулы. Это связано с тем, что эти электроны фиксированным образом выстраиваются в соответствии с ориентацией приложенного магнитного поля, создавая так называемые магнитные дипольные моменты вокруг каждого атома или молекулы.

Если вы знакомы с правилами "заполнения" электронами, вы знаете, что орбитали внутри подоболочек могут содержать два электронов каждый, и что есть один из них для подоболочки s, три для подоболочки p и пять для подоболочки d подоболочка. Это позволяет разместить в каждой подоболочке два, шесть и 10 электронов, но они заполнятся так, что каждый орбиталь удерживает только один электрон как можно дольше, пока один электрон там не должен вместить сосед.

Это означает, что вы можете использовать информацию в периодической таблице элементов, чтобы определить, будет ли материал парамагнитным, и, к счастью, будет ли он будет слабо парамагнитным (как в Cl, у которого есть один неспаренный электрон) или сильно парамагнитным (как платина, у которой есть два неспаренных электрона).

Один из способов количественной оценки магнетизма - использовать параметр, называемый магнитная восприимчивость χ_м, который представляет собой безразмерную величину, связывающую реакцию материала на приложенное магнитное поле. Оксид железа FeO имеет очень высокое значение 720.

Другие материалы, которые считаются сильно парамагнитными, включают квасцы аммония железа (66), уран (40), платину (26), вольфрам (6,8), цезий (5,1), алюминий (2,2), литий (1,4) и магний (1,2), натрий (0,72) и газообразный кислород (0.19).

Эти значения варьируются в широких пределах, и значение газообразного кислорода может показаться скромным, но некоторые парамагнитные материалы показывают гораздо меньшие значения, чем перечисленные выше. Большинство твердых тел при комнатной температуре имеют χ_м значения меньше 0,00001 или 1 x 10^-5.

Восприимчивость, как и следовало ожидать, дается как отрицательное значение, когда материал диамагнитен. Примеры включают аммиак (−26), висмут (−16,6), ртуть (−2,9) и углерод в алмазе (−2,1).